GEOTECHNIKA II. NGB-SE005-02 GEOTECHNIKAI TERVEZÉS ALAPJAI
2014-15 – 1. félév
Szabványosítás áttekintése EU-program 2007-08 valamennyi tervezett európai szabvány megjelenése 6 hónapos nemzeti bevezetési kötelezettséggel 2010 az Eurocode-okkal konfliktusban levő nemzeti szabványok kötelező visszavonása Hazai feladatok
a magyar nyelvű változatok elkészítése
nemzeti mellékletek elkészítése
kiegészítő magyar szabványok és műszaki előírások készítése
megértés-megtanulás
segédletek, szoftverek készítése
2
Tartószerkezeti Eurocode-k
3
Geotechnikai tevékenység szabályozása MSZE CEN ISO/TS 22475 Talajmintavétel technikai részletei
MSZE CEN ISO/TS 17892 Laboratóriumi vizsgálatok technikai részletei
MSZE CEN ISO/TS 22476 Terepi vizsgálatok technikai részletei
4
MSZE CEN ISO/TS 22282 Talajvízmérések technikai részletei
MSZ EN 1991 A tartószerkezeteket érő hatások
MSZ EN 1997-2 Geotechnikai vizsgálatok általános szabályai
MSZ EN 1998 Tartószerkezetek tervezése földrengésre
MSZ EN 14688-14689 Talajok és kőzetek leírása, osztályozása MSZ EN 1992-3 Betonszerkezetk tervezése Betonalapok és -cölöpök
MSZ EN 1997-1 Geotechnikai tervezés általános szabályai
MSZ EN XX … YY Geoműanyagok vizsgálata
MSZ EN 13249 …13293 Geoműanyagok alkalmazása
MSZ EN XX … YY Mélyépítési szerkezetek, termékek
MSZ EN 1993-5 Acélszerkezetek tervezése Cölöpök
MSZ EN XX … YY Speciális geotechnikai munkák kivitelezése
MSZ EN 22477 Speciális geotechnikai szerkezetek vizsgálata
MSZ EN 1997-1:2006 - tartalom 1. Általános elvek 2. A geotechnikai tervezes alapjai 3. Geotechnikai adatok 4. Az építés műszaki felügyelete, megfigyelés, fenntartás 5. Földművek, víztelenítés, talajjavítás és talajerősítés 6. Síkalapok 7. Cölöpalapok 8. Horgonyzások 9. Támszerkezetek 10. Hidraulikus talajtörés 11. Általános állékonyság 12. Töltések
5
9 16 31 39 43 47 54 70 74 86 91 95
MSZ EN 1997-2:2008 - tartalom
6
1. Általános elvek 2. A talajvizsgálatok megtervezése 3. Mintavétel és talajvízmérések 4. Terepi vizsgálatok 5. Laboratóriumi vizsgálatok 6. Talajvizsgálati jelentés
tárgy, követelmények, értékelés, felhasználás a főbb vizsgálatokra mellékletekben sok hasznos korrelációs összefüggés és pl. cölöptervezéshez
Geotechnikai tervezés alapjai
EC7-1 2. fejezet Tervezési állapot Határállapot Tartósság Geotechnikai kategória Tervezési eljárások Karakterisztikus érték Tervezési módszerek
7
Alapfogalmak
8
Tervezési követelmények
Tervezési állapot
Valamennyi geotechnikai tervezési állapotra vonatkozóan igazolni kell, hogy egyetlen, az EN 1990:2002-ben értelmezett és veszélyesnek vélelmezhető határállapot túllépése sem következik be.
A tervezett építmény környezeti körülményeinek, hatásainak saját méreteinek és anyagjellemzőinek az építés vagy az üzemelés közben kialakuló olyan együttese, melynek kialakulásakor a létesítmény vagy környezetének valamely teherbírási vagy használhatósági határállapota bekövetkezhet, ezért a jellemzők ezen együttesével leírható állapotot vizsgálni kell.
Tervezési állapot - határállapotok
MSZ EN 1990 (EC0) – tervezési állapotok Ideiglenes Tartós Rendkívüli Szeizmikus MSZ EN 1990 – határállapotok: Teherbírási (ULS)
Használati (SLS)
A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környező építmények valamely részének törésjellegű tönkremenetele, mely a szerkezet rendeltetésszerű használatát lehetetlenné teszi, s általában a szerkezetet használókat, ill. környezetben lévőket veszélyezteti
A tervezett szerkezet, a talaj vagy a környező építmények olyan mértékű elmozdulása, deformációja, mely annak rendeltetésszerű használatát megnehezíti vagy korlátozza
9
Teherbírási határállapotok MSZ EN 1997-1:2006 – 2.4.7.1.
STR: a tartószerkezet vagy a tartószerkezeti elemek, például a síkalapok, a cölöpök vagy az alapfalak belső törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok szilárdsága jelentősen befolyásolja; GEO: a talaj törése vagy túlzott mértékű alakváltozása, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a talaj vagy a szilárd kőzet szilárdsága jelentősen befolyásolja;
10
Teherbírási határállapotok MSZ EN 1997-1:2006 – 2.4.7.1.
EQU: az egyetlen merev testnek tekintett tartószerkezet vagy talajtömb állékonyságvesztése, melynek bekövetkezésekor az ellenállást a szerkezeti anyagok és a talaj szilárdsága nem befolyásolja jelentősen; UPL: a tartószerkezet vagy a talaj egyensúlyvesztése a víznyomás (felhajtóerő) vagy más függőleges hatás miatti felúszás folytán HYD: hidraulikus gradiens által a talajban okozott hidraulikus felszakadás, belső erózió vagy buzgárosodás
11
EQU
UPL
HYD
Használhatósági határállapot Süllyedés
Kihajlás
12
Süllyedéskülönbség
Elégtelen szivattyúzás
Szivárgás
Tartósság
13
A talajba kerülő anyagok tervezésekor a következőket kell vizsgálni: beton esetén agresszív anyagok, például savak vagy szulfátok előfordulása acél esetén a kémiai korrózió a talajvíz és az oxigén bejutása nyomán nyílt víznek kitett acélfalak felületi korróziója az átlagos vízszint táján repedezett vagy porózus betonba ágyazott acél pontkorróziója faanyagok esetén a gombák és aerob baktériumok oxigén jelenlétében kifejtett hatása szintetikus anyagok esetén az UV-sugárzás vagy az ózondegradáció öregítő hatása a hőmérséklet és a feszültség együttes hatása kémiai bomlás másodlagos hatásai
A geotechnikai tervezés szempontjai
Építmény, feladat funkció, rendeltetés, jelleg méret, elrendezés, tartószerkezetek típusa terhelés jellemzői élettartam speciális sajátosságok
Talaj- és talajvízviszonyok
geológiai adottságok talajrétegződés, talajjellemzők talajvízszint és ingadozása földrengésveszély speciális kedvezőtlen adottságok
Építési körülmények
építési időtartam, határidő, ütemezés technológiai kötöttségek minőségi követelmények vállalkozási sajátosságok korlátozások
Helyszíni, környezeti adottságok meteorológiai, hidrológiai adottságok domborzat, növényzet a hely története szomszédos építmények, közművek közlekedés, megközelíthetőség speciális veszélyek
14
Geotechnikai kategória
15
Geotechnikai határállapot mérvadó
Geotechnikai feladat bonyolultsága és kockázat értékelése
tervezési követelmény feltárási program geotechnikai eljárások szaktervezők számítási eljárások kivitelezési technológia
geológiai adottságok tartószerkezet kockázati tényezők környezeti kölcsönhatás
tervezők közösen
Geotechnikai kategória
Geotechnikai kategória
16
(Szepesházi, 2008)
Geotechnikai kategória Az építmény kicsi és aránylag egyszerű?
Az építmény nagyon nagy vagy szokatlan?
A talajadottságok összehasonlítható helyszíni tapasztalatokból ismertek és elegendőek egyszerűek ahhoz, hogy rutin módszerek alkalmazhatók legyenek a tervezéshez és a kivitelezéshez?
Felmerül szokatlan kockázat?
Van szokatlan vagy kivételes talajréteg?
Van szokatlan vagy kivételes terhelési viszony? Ha a földkiemelés a talajvízszint alá ér, akkor helyi összehasonlítható tapasztalat áll rendelkezésre, hogy az egyszerűen fog menni?
Az építmény nagy szeizmicitású területre kerül?
A kockázat elhanyagolhatóan kicsi az általános álllékonyság és a talajelmozdulás vonatkozásában?
Az építmény olyan területen van, ami csúszásveszélyes vagy folyamatos mozgásban van?
1. geotechnikai kategória
2. geotechnikai kategória
3. geotechnikai kategória
(Frank et al., 2004)
17
Építmények besorolása
18
Az Eurocode szerinti tervezés kockázati és megbízhatósági szintjei és kezelésük az igénybevételek módosító tényezőjével vagy a tervezés és/vagy a kivitelezés megfelelő ellenőrzési szintjeivel
Kárhányad szerinti és megbízhatósági osztály
megbízhatósági index minimális értékei
Igénybevételek módosító tényezője
Tervellenőrzés szintjei
A helyszíni ellenőrzés szintje
DSL
IL
Tönkremenetellel járó veszteség
illetve 50 éves 1 éves ellenőrzési referencia- referenciaidőszak időszak szintek
3 CC3 RC3
5,2
3,8
Az emberélet veszélyeztetése közepes, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk jelentősek
1,0
Szokásos ellenőrzés
3,3
Az emberélet veszélyeztetése csekély és a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk nem jelentősek vagy elhanyagolhatóak
0,9
Szokásos ellenőrzés
DSL2 IL2 1 CC1 RC1 DSL1 IL1
4,2
1,1
Kibővített ellenőrzés
4,3
2 4,7
Jellemzők
Az emberélet veszélyeztetése nagy, vagy a gazdasági, társadalmi vagy környezeti károk rendkívül jelentősek
DSL3 IL3
CC2 RC2
KFI
Ajánlott minimális követelmények a számítások, a tervlapok és a műszaki leírások ellenőrzéséhez
Jellemzők Követelmények
Független ellenőrzés: A tervezőtől független Kibővített ellenőrzés szervezet által végzett ellenőrzés
A felelős tervezőtől független személyek által végzett ellenőrzés a működési szabályzat szerint
Önellenőrzés: A tervező által végzett ellenőrzés
Független ellenőrzés
Szokásos ellenőrzés
A működési szabályzat keretei között végzett ellenőrzés
Szokásos ellenőrzés
Önellenőrzés
Tervezési eljárások
19
Eljárás
Számításon alapuló tervezés Tervezés megelőző intézkedésekkel Tervezés modellkísérletek és próbaterhelések alapján A megfigyeléses módszer alkalmazása
20
EC 7-1 2. fejezet A geotechnikai tervezés alapjai: A számításon alapuló tervezés Karakterisztikus érték Tervezési érték Parciális tényező
Geotechnikai tervezés alapelve
21
MSZ EN 1997-1 2. A GEOTECHNIKAI TERVEZÉS ALAPJAI … 2.4. Számításon alapuló geotechnikai tervezés 2.4.1. Általános elvek (2) Figyelembe kell venni, hogy a talajviszonyok ismerete függ az elvégzett geotechnikai vizsgálatok mennyiségétől és minőségétől. Ezen ismeretek megszerzése és a kivitelezés szakszerű irányítása általában sokkal fontosabb az alapvető követelmények teljesítéséhez, mint a számítási modellek és a parciális tényezők pontossága
Tervezési alapkövetelmény
22
Tervezési módszer MSZ EN 1997-1:2006 MNM NA 9.1.: síkalapok, cölöpök, horgonyok és bármely más geotechnikai szerkezet tervezése a 2. tervezési módszer szerint, a parciális tényezőcsoportok A1 „+” M1 „+” R2 kombinációjával
23
Tervezési módszer MSZ EN 1997-1:2006 MNM NA 9.2.: rézsűk és bármely geotechnikai szerkezet általános állékonyságának vizsgálata a 3. tervezési módszer szerint, a parciális tényezőcsoportok A2 „+” M2 „+” R2 kombinációjával
24
Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke 2.4.5.2. A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékei (1)P A geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékeinek megválasztását laboratóriumi és terepi vizsgálatok eredményeire, illetve az ezekből származtatott értékekre kell alapozni, kiegészítve ezeket a széles körben elfogadott tapasztalatokkal. Figyelembe veendő a talajvizsgálati módszer mért eredmények szórása tapasztalati adatok az érintett talajzóna kiterjedése építmény merevsége paraméter feszültség- és alakváltozásfüggése a károsodás következményei EC7 irányelve „óvatosan becsült átlag vagy szélső érték” annak az értéknek óvatos becslésével kell kiválasztani, mely a vizsgált határállapot bekövetkezését előidézi
25
Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke Lemezalapozású merev épület
Pilléralapozású csarnok
Mélyebb talajzóna óvatos átlaga
Felszín közeli zóna szélső értéke
26
Geotechnikai paraméter karakterisztikus értéke Statisztikai értékelés
karakterisztikus érték
X k X 1 k n x statisztikai paraméter
k n,95
1 1,64 n
k n,95 0,5 (Schneider, 1997)
k n,5 1,64
1 1 n
27
Közvetlen módszer - biztonság
28
Eurocode 7 Állandó teher
1,35
Esetleges teher
1,50
Talajtörés ellen
1,40
karakterisztikus
1,4
~ 2,0 ~ 2,50
átlag ~ 1,25
MSZ 15004 Állandó teher
1,10
Esetleges teher
1,30
1 - talajfeltárás 2 - nyírószilárdság 3 - építmény (0,5 - 0,9)
1,2 ~ 2,50 - 3,0 ~ 2,0 - 2,5
29
EC 7-1 3. fejezet Geotechnikai adatok A geotechnikai adatgyűjtés, vizsgálat célja, típusai
Geotechnikai adatok
30
1. A geotechnikai vizsgálatok általános követelménye Szolgáltatniuk kell az építés helyszínének és környezetének talaj- és talajvízviszonyaira vonatkozó mindazon adatokat, amelyek a lényeges talajtulajdonságok megfelelő jellemzéséhez és a tervezési számításokban felhasználandó talajparaméterek karakterisztikus értékeinek megbízható felvételéhez szükségesek.
Geotechnikai adatok
31
2. előzetes vizsgálatok célja
a hely általános alkalmasságát meg lehessen ítélni;
alternatív helyeket lehessen választani, ha szükséges;
a tervezett munkálatok nyomán várható változásokat meg lehessen becsülni;
a tervezési és ellenőrző vizsgálatokat meg lehessen tervezni, beleértve a tartószerkezet viselkedését lényegesen befolyásoló talajzóna kiterjedésének azonosítását;
az anyagnyerőket – ha szükségesek – ki lehessen jelölni.
Geotechnikai adatok
32
3. Tervezési vizsgálatok Az információk célja
az ideiglenes és végleges létesítmények megfelelő tervezése
az építési módszer megtervezése
az építés közben lehetséges bármely nehézség azonosítása
Az információk tartalma
a tervezett építés szempontjából lényeges, vagy az által befolyásolt talajzóna felépítését és jellemzői
a tartószerkezet teljesítőképességére kiható paraméterek
33
EC 7-1 4. fejezet Műszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás
EC 7-1 új szemlélete Műszaki felügyelet a körülmények és a kivitelezés megfelelnek-e a tervben feltételezettnek? Megfigyelés az építmény viselkedése építés és üzemelés közben megfelel-e a tervezettnek? Fenntartás milyen tevékenységek kellenek a tervezett viselkedés tartós biztosításához?
34
Új szemlélet
35
Eurocode (MSZ EN) szabványsorozat Tervezésben részt vevők feladatainak szabályozása Geotechnikai/talajmechanikai szakvélemény Talajvizsgálati jelentés
Geotechnikai tervezési beszámoló Tervezői felelősség
anyagvizsgálati dokumentum javaslat nem karakterisztikus érték nem eredmények értékelése felhasználhatóság
geotechnikai hatások meghatározóak konkrét szerkezet tervezése számítások ellenőrizhetősége kivitelezési, üzemeltetési kérdések
Talajvizsgálati jelentés tartalma
36
Geotechnikai tervezési beszámoló tartalma
37
A feladat ismertetése (a terv tárgya, célja, funkciója) A projekt közreműködői, tervelőzmények, megrendelői diszpozíciók, egyeztetett tartalmak Az építési helyszín és környezete bemutatása A tervezett építmény bemutatása( méretek, szerkezet, hatások, geodéziai adatok) A talajkörnyezet és talajvízviszonyok ismertetése a korábbi geotechnikai szolgáltatások alapján A tervezés alapjául vett szabályozási anyagok, specifikációk, szakirodalom, számítógépes programok A geotechnikai kategória a körülmények, a kockázatok és nehézségek vázolásával indokolva A geotechnikai szerkezetek szöveges ismertetése, rajzai az anyagminőségekkel A tervezéshez alkalmazott talajkörnyezeti modellek, tervezési állapotok vázolása A tervezési követelmények rögzítése A geotechnikai számítások ismertetése A technológiai, organizációs és környezetvédelmi követelmények bemutatása A biztonságtechnikai követelmények ismertetése Minőségszabályozási (minőségi és minőség-ellenőrzési) követelmények és módszerek ismertetése A műszaki felügyelet terve Az építmény viselkedésének megfigyelési terve Fenntartási és üzemelési utasítások
38
Új geotechnikai szabványok áttekintése
Európai szabványosítás tárgykörei geotechnikai tervezés talaj- és kőzetosztályozás talajfeltárás- és talajvízmérések terepi talajvizsgálatok laboratóriumi talajvizsgálatok geotechnikai szerkezetek vizsgálata speciális mélyépítési technológiák mélyépítési szerkezetek, termékek geoműanyagok alkalmazása geoműanyagok vizsgálata
39
Geotechnikai tervezés
MSZ EN 1997 Eurocode 7 Geotechnikai tervezés. 1. rész Általános szabályok. 2. rész Geotechnikai vizsgálatok
40
Talaj és kőzetosztályozás
41
MSZ EN ISO 14688-1:2005 Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 1. rész: Azonosítás és leírás. MSZ EN ISO 14688-2:2005 Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 2. rész: Osztályozási alapelvek. pr EN ISO 14688-2:2006
Geotechnikai vizsgálatok. Talajok azonosítása és osztályozása. 3. rész: A talajazonosítás elektronikus adatkezelése.
MSZ EN ISO 14689-1:2005 Geotechnikai vizsgálatok. Kőzetek azonosítása és osztályozása. 1. rész: Azonosítás és leírás. pr EN ISO 14689-2:2006
Geotechnikai vizsgálatok. Kőzetek azonosítása és osztályozása. 2. rész: A kőzetazonosítás elektronikus adatkezelése.
MSZ 14043-2:2006
Talajmechanikai vizsgálatok. Talajok megnevezése talajmechanikai szempontból
Talajfeltárás és talajvízmérések Geotechnikai vizsgálatok Mintavételi módszerek EN ISO 22475 1. Műszaki alapelvek 2. Minősítési kritériumok 3. Megfelelőségi értékelés
Geotechnikai vizsgálatok Talajvízmérések EN ISO/TS 22282 1. Általános elvek 2. Áteresztőképességi vizsgálat pakker nélkül 3. Víznyomásos vizsgálat 4. Próbaszivattyúzás 5. Nyeletéses vizsgálat 6. Áteresztőképességi vizsgálat fúrólyukban pakkerrel
42
Terepi vizsgálatok MSZE CEN ISO/TS 22476 Geotechnikai vizsgálatok Terepi vizsgálatok 22476-1
Nyomószondázás elektromos mérőberendezéssel
22476-2
Verőszondázás
22476-3
SPT-szondázás
22476-4
Pressziométeres vizsgálat Menard-féle berendezéssel
22476-5
Rugalmas dilatométeres vizsgálat
22476-6
Pressziométeres vizsgálat önlefúró berendezéssel
22476-7
Fúrólyukas terhelés
22476-8
Pressziométeres vizsgálat teljes elmozdulással
22476-9
Terepi nyírószondázás
22476-10
Súlyszondázás
22476-11
Lapdilatométeres vizsgálat
22476-12
Nyomószondázás mechanikus mérőberendezéssel
22476-13
Terhelőlapos vizsgálat
43
Laboratóriumi vizsgálatok MSZE CEN ISO/TS 17892 Geotechnikai vizsgálatok Talajok laboratóriumi vizsgálata 1.
A víztartalom meghatározása
2.
A finomszemcséjű talajok térfogatsűrűségének meghatározása
3.
A szemcsék sűrűségének meghatározása. Piknométer-módszer
4.
A szemeloszlás meghatározása
5.
Kompressziós vizsgálat lépcsőzetes terheléssel
6.
Ejtőkúpos vizsgálat
7.
Finomszemcsés talajok egyirányú nyomóvizsgálata
8.
Konszolidálatlan, drénezetlen triaxiális vizsgálat
9.
Konszolidált triaxiális nyomóvizsgálat telített talajokon
10.
Közvetlen nyíróvizsgálat
11.
Áteresztőképességi vizsgálat
12.
Az Atterberg-határok meghatározása
44
Geotechnikai szerkezetek vizsgálata EN ISO 22477 Geotechnikai szerkezetek vizsgálata 1. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú statikus nyomóerővel 2. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú statikus húzóerővel 3. Cölöp-próbaterhelés keresztirányú statikus húzóerővel 4. Cölöp-próbaterhelés tengelyirányú dinamikus nyomóerővel 5. Talajhorgonyok vizsgálata 6. Talajszegek vizsgálata 7. Talajerősítés vizsgálata
45
Speciális mélyépítési technológiák MSZ EN 1536
Fúrt cölöpök
MSZ EN 12063
Szádfalak
MSZ EN 1537
Talajhorgonyok
MSZ EN 1538
Résfalak
MSZ EN 12699
Talajkiszorításos cölöpök
MSZ EN 12715
Talajszilárdítás
MSZ EN 12716
Talajhabarcsosítás
MSZ EN 14199
Mikrocölöpök
MSZ EN 14490
Talajszegezés
MSZ EN 14475
Erősített töltés
MSZ EN 14679
Mélykeverés
MSZ EN 14731
Mélyvibrálás
MSZ EN 15237
Függőleges drénezés
46
Mélyépítési szerkezetek termékek
47
MSZ EN 12794:2005 Előre gyártott betontermékek. Cölöpök alapozáshoz MSZ EN 13331-1:2003 Munkaárok-dúcoló rendszerek. 1. rész: Termékmeghatározás. MSZ EN 13331-2:2003 Munkaárok-dúcoló rendszerek. 2. rész: Számítás vagy vizsgálat MSZ EN 14653-1:2005 Kézi működtetésű hidraulikus alátámasztó rendszerek alapozási munkákhoz. 1. rész: Termékelőírások MSZ EN 14653-2:2005 Kézi működtetésű hidraulikus alátámasztó rendszerek alapozási munkákhoz. 2. rész: Számítás vagy vizsgálat
Geoműanyagok és rokon termékeik MSZ EN 13249:2001 - utak és más közlekedési területek MSZ EN 13250:2001 - vasutak MSZ EN 13251:2001 - földmunkák és az alapozások MSZ EN 13252:2001 - vízelvezető rendszerek MSZ EN 13253:2001 - erózióvédelem MSZ EN 13254:2000 - víztározók és gátak MSZ EN 13255:2000 - csatornák MSZ EN 13256:2000 - alagutak és föld alatti műtárgyak szerkezete MSZ EN 13257:2001 - szilárd hulladéklerakók MSZ EN 13265:2001 - folyékony hulladéklerakók
48
Geoműanyagok vizsgálata
49
Alapjellemzők polimerfajta, vastagság, területi sűrűség Hidraulikai jellemzők jellemző szűrőnyílás, áteresztőképesség síkban és arra merőlegesen Mechanikai jellemzők szakítószilárdság, merevség, kúszás, összenyomhatóság súrlódási jellemzők, statikus és dinamikus átszakadás Tartósság, degradációs jellemzők oxidáció, kémiai, mikrobiológiai hatások, UV-sugárzás
